面振CCD改造光切显微镜

　　0　前言

　　光切显微镜是精密的计量仪器,可测量R0·8μm~100μm的粗糙度。它所用光切法原理,就是利用一狭窄的扁平光束以一定的倾斜度投射到被测表面上,光束在被测表面上发生反射出来的表面微观不平度,在光束方向上用显微镜来观测。在仪器测量前,应先用标准尺对仪器进行定度;再将被测件放入物镜下,使被测的粗糙度成像在视场中,再按要求进行粗糙度的测量。整个方法复杂并且眼睛易累,为了提高测量精度,实现光切显微镜测量的数显化,我们尝试改造现有的光切显微镜,在保留目测的前提下,在原照相系统中接收图像信号,选用面振CCD来接收二维图像信号,通过面振CCD光电转换和存储过程,输出视频信号,并进行信号实时处理。实现数显化,简化整个测量结果,提高工作效率。

　　1　CCD摄像系统光学设计

　　在光切显微镜的原光路中,我们看到有两条光路可以接受图像信号。一条是目镜所在的目测光路;另一条是照相光路。要想让改造后的光切显微镜,既保留目测,同时能实现实时处理。很明显,面振CCD应放在照相系统中。同时为了保证测量精度,使光切显微镜输出的图像信息无畸变的转换成视频信号。光学系统采用物方远心光路,以消除视差对测量精度的影响,提高系统的瞄准和读数精度。

　　图1所示为摄像系统光路图,被测物体经物镜放大后成像于CCD器件上。系统的放大倍率:

　　式中,β为物镜的放大倍率; Y′为被测物体的测量范围; Y为CCD器件的总宽度。

　　物方的分辨率σ与物镜的数值孔径NA有以下关系:

　　式中,λ为光波波长,由CCD器件的光谱特性所决定。

　　再由,可以求出物方和像方孔径角μ和μ′。其中n和n′分别表示物、像方介质的折射率。

　　而CCD器件所需的照度E与孔径角有以下关系:

　　2　图像自动处理与参数算法

　　由CCD摄像头与光切显微镜连接,摄像头的另一端与计算机相连,把图像传输到计算机中等待处理,我们利用VC++中的图像控制件来实现摄像头的自动打开、自动保存到图像自动关闭。

　　Matlab是适用于科学和工程计算的数学软件系统。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox的各类问题的求解工具,可用来求解结果,并能方便的绘制数据图形,正是基于Matlab的这些特点,我们利用其丰富的函数资源(如矩阵、数组的生成和运算等)来处理采集到的图像信号,首先把图像由索引图像变为灰度图像,得到二值图像(二维矩阵仅由0/1值构成),可按行或按列查找图像中1点,并记下后进行各种运算。